JP6752508B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステアリングの操作に補助トルクを付加して補助する電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置は、運転者による操舵トルクを検知し、検知した操舵トルクに対して所定の補助トルクを電動パワーステアリングモータにより発生して付加するものである。そして、一般の電動パワーステアリング装置では、トルクセンサにより検知される操舵トルクに応じた電流指令値を電動パワーステアリングモータのモータ電流との偏差を比例積分制御器により比例・積分補償し、バッテリの電源電圧の範囲内で電動パワーステアリングモータの指令電圧を導出して電動パワーステアリングモータを駆動制御し、補助トルクを発生している。

しかし、運転者がステアリングを左方向または右方向に高速操作すると、電動パワーステアリングモータの誘起電圧や制御ゲインの関係で電流指令値に対してモータ電流が追従しない期間が生じ、これにより電流指令値とモータ電流との間に偏差が発生して積分項が時間とともに増加し、このような状況で電動パワーステアリング装置がラックエンド状態になった場合には、それ以上ステアリングを操作できなくなってモータ回転速度が瞬時にゼロになるため、電動パワーステアリングモータの回転に伴って生じる誘起電圧が急激に消滅し、増加していた積分項により急激な電流がモータに流れて、いわゆるオーバーシュートが発生し、オーバーシュートによる過電流によって、モータを駆動制御する駆動回路素子がダメージを受けるという不都合が生じる。

このような不都合を解消するために、従来、モータ電流のオーバーシュートを推定するオーバーシュート推定手段、比例・積分制御手段の比例感度、積分ゲインの少なくとも一方を制御する比例・積分係数設定手段を備えた電動パワーステアリング装置が提案されている（特許文献１）。

特許第３２３２０３０号公報（段落００３０−００４２、図２参照）

しかし、上記した特許文献１に記載の装置では、モータ電流を入力とし、入力されるモータ電流が目標電流より大きな所定値以上かどうかを判定してオーバーシュートを推定するオーバーシュート推定手段が必要になるため、構成が複雑になるという問題がある。

本発明は、電動パワーステアリング装置において、ラックエンド状態におけるオーバーシュートを簡単な構成により未然に防止できるようにすることを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明の電動パワーステアリング装置は、ステアリングの操作に補助トルクを付加して補助する電動パワーステアリング装置において、ステアリングの操舵トルクを検出するトルク検出部と、前記ステアリングに付加する補助トルクを発生する電動パワーステアリングモータと、前記トルク検出手段による検出トルクに応じた電流指令値を設定する電流指令値設定部と、前記電流指令値と前記電動パワーステアリングモータのモータ電流との偏差を比例・積分補償する比例積分制御部と、前記比例積分制御部の出力に基づき前記電動パワーステアリングモータを駆動するモータ駆動部と、前記電動パワーステアリングモータの誘起電圧を推定する誘起電圧推定部とを備え、前記比例積分制御部は、前記比例・積分補償による積分項電圧が、前記誘起電圧推定部により推定される前記誘起電圧と電源電圧との差を超えないように制御することを特徴している。

本発明によれば、電動パワーステアリングモータは、バッテリ等の電源電圧以上の電圧を印加することはできないため、回転に伴って電動パワーステアリングモータに発生する誘起電圧Ｖｒと、比例積分制御部による積分項電圧Ｖｉとの和（＝Ｖｒ＋Ｖｉ）は、電源電圧Ｖｂを超えることはなく、例えばモータ回転速度に基づき、誘起電圧推定部により電動パワーステアリングモータの誘起電圧Ｖｒを推定し、比例積分制御部により、積分項電圧Ｖｉが、誘起電圧推定部により推定される誘起電圧Ｖｒと電源電圧Ｖｂとの差を超えないように積分項電圧Ｖｉを制御することにより、モータ駆動部により駆動される電動パワーステアリングモータの駆動電圧は、常に電源電圧Ｖｂ以下に制御されることになり、簡単な構成によりラックエンド状態になってもオーバーシュートの発生を未然に防止することができる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の一実施形態のブロック図である。 図１の動作説明図である。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の一実施形態について、図１および図２を参照して詳細に説明する。

本実施形態の電動パワーステアリング装置（以下、電動パワーステアリングをＥＰＳと称する）１は図１に示すように構成されている。すなわち、図１に示すように、ＥＰＳモータ２を制御するマイクロコンピュータ構成のＥＰＳＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３に、ステアリング（図示せず）の操舵トルクを検出する本発明の「トルク検出部」であるトルクセンサ４からのセンサ出力が入力され、現在の検出トルク値に応じた電流指令値が電流指令値設定部３１により設定され、設定された電流指令値とＥＰＳモータ２のモータ電流との偏差が減算器３２により導出され、導出された偏差が比例積分制御部３３により比例・積分補償される。このとき、検出トルク値と電流指令値との最適な関係が予め実験的に求められて、電流指令値設定部３１に例えばマップ化されて格納されている。

比例積分制御部３３は、積分ゲイン（Ｋｉ）３３ａ１および積分項（１／ｓ）３３ａ２の積分要素３３ａと、比例ゲイン（Ｋｐ）の比例要素３３ｂとから成り、積分要素３３ａおよび比例要素３３ｂの出力が加算器３４により加算され、この加算器３４の出力と、ＥＰＳモータ２の回転速度を検出する回転速度センサ（図示せず）の出力から比例的に誘起電圧を推定するために設けられたゲイン（Ｋｅ）の誘起電圧推定要素３５とが加算器３６により加算され、車両に搭載のバッテリ５に接続されたＨブリッジ回路から成るモータ駆動部３７により、ＥＰＳモータ２に所定の駆動電圧が印加される。ここで、誘起電圧推定要素３５が本発明における「誘起電圧推定部」に相当する。

ところで図１に示すように、本実施形態では、誘起電圧推定要素３５の出力は、積分要素３３ａの積分項３３ａ２にも入力されるように構成されており、積分項３３ａ２に入力されるバッテリ５の電源電圧Ｖｂと、誘起電圧推定要素３５により推定されるＥＰＳモータ２の誘起電圧Ｖｒとに基づき、積分項３３ａ２による積分項電圧Ｖｉが、電源電圧Ｖｂから誘起電圧Ｖｒを差し引いた値に制限されるようになっている。

いま、運転者がステアリングを左方向または右方向に高速操作している状況下で、電動パワーステアリング装置がラックエンド状態になった場合、モータ印加電圧は、ＥＰＳモータ２の誘起電圧Ｖｒと積分要素３３ａの積分項３３ａ２による積分項電圧Ｖｉとの和になるが、ラックエンド状態になると、これらの和が図２（ａ）に示すように電源電圧Ｖｂを超えてしまいオーバーシュートが生じる。このとき、積分項電圧Ｖｉは、電源電圧Ｖｂと、誘起電圧推定要素３５により推定される誘起電圧Ｖｒとの差を超えない値に制御されるため、図２（ｂ）に示すように、モータ駆動部３７により駆動されるＥＰＳモータ２の駆動電圧は、常に電源電圧Ｖｂ以下に制限され、オーバーシュートが生じることはない。

したがって、上記した実施形態によれば、ＥＰＳモータ２は、バッテリ５の電源電圧Ｖｂ以上の電圧を印加することはできないため、回転に伴ってＥＰＳモータ２に発生する誘起電圧Ｖｒと、比例積分制御部３３による積分項電圧Ｖｉとの和（＝Ｖｒ＋Ｖｉ）は、電源電圧Ｖｂを超えることはなく、モータ回転速度に基づき、誘起電圧推定部である誘起電圧推定要素３５によりＥＰＳモータ２の誘起電圧Ｖｒを推定し、比例積分制御部３３の積分項３３ａ２により、電源電圧Ｖｂと、誘起電圧推定要素３５により推定される誘起電圧Ｖｒとの差を超えない積分項電圧Ｖｉを導出することにより、モータ駆動部３７により駆動されるＥＰＳモータ２の駆動電圧は、常に電源電圧Ｖｂ以下に制御され、従来のようにオーバーシュート推定手段を設けることなく、簡単な構成により、ラックエンド状態になってもオーバーシュートが発生するのを未然に防止することが可能になる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行なうことが可能である。

例えば、上記した実施形態では、誘起電圧推定部を誘起電圧推定要素３５とし、回転側センサによりモータ回転速度を検出してＥＰＳモータ２の誘起電圧を推定する場合について説明したが、誘起電圧推定要素３５の入力は、モータ印加電圧とモータ電流とによる誘起電圧推定値や、誘起電圧そのものであっても構わない。

１ …ＥＰＳ装置（電動パワーステアリング装置）
２ …ＥＰＳモータ（電動パワーステアリングモータ）
３ …ＥＰＳＥＣＵ
４ …トルクセンサ（トルク検出部）
５ …バッテリ
３１ …電流指令値設定部
３３ …比例積分制御部
３３ａ２ …積分項
３５ …誘起電圧推定要素（誘起電圧推定部）
３７ …モータ駆動部
Ｖｂ …電源電圧
Ｖｒ …誘起電圧
Ｖｉ …積分項電圧

Claims (1)

1. ステアリングの操作に補助トルクを付加して補助する電動パワーステアリング装置において、
   ステアリングの操舵トルクを検出するトルク検出部と、
   前記ステアリングに付加する補助トルクを発生する電動パワーステアリングモータと、
   前記トルク検出手段による検出トルクに応じた電流指令値を設定する電流指令値設定部と、
   前記電流指令値と前記電動パワーステアリングモータのモータ電流との偏差を比例・積分補償する比例積分制御部と、
   前記比例積分制御部の出力に基づき前記電動パワーステアリングモータを駆動するモータ駆動部と、
   前記電動パワーステアリングモータの誘起電圧を推定する誘起電圧推定部とを備え、
   前記比例積分制御部は、
   前記比例・積分補償による積分項電圧が、前記誘起電圧推定部により推定される前記誘起電圧と電源電圧との差を超えないように制御することを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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